单晶DD3与细晶GH4169高温合金摩擦焊接界面表征

采用SEM,TEM及EDS对制造焊接式整体涡轮叶盘所用的单晶DD3与细晶GH4169高温合金摩擦焊接界面进行了研究.结果表明,焊合区存在一条以GH4169合金为主的摩擦变形带,两侧单晶和细晶合金的热力影响区均形成了动态再结晶晶粒;连接界面处于两侧合金的动态再结晶晶粒之间,通过连接界面上的共有晶粒和共有晶界实现了两侧合金的连接;成分过渡主要发生在连接界面处的共有晶粒内和共有晶界处.TEM分析位置的共有晶粒(C2)与相邻GH4169动态再结晶晶粒(C3)具有特殊的取向关系:[1ˉ14]C2∥[1ˉ10]C3和(220)C2∥(220)C3;在摩擦焊热循环及焊后热处理作用下,共有晶粒、两侧动态再结晶晶粒都存在γ'相析出,γ'相呈细小的球形分布,并与γ基体共格,但未发现有γ"相析出.     

TiAl合金与GH3039高温合金的摩擦焊接

对TiAl合金与GH3039高温合金异种材料进行了摩擦焊接工艺试验. 基于接头的拉伸性能，初步优化了焊接工艺参数. 采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对焊接接头组织、焊合区成分变化及接头连接机理进行了分析. 结果表明，TiAl合金与GH3039高温合金两种异种材料摩擦焊接具有可行性，在摩擦焊接过程中热力耦合的作用下，GH3039侧热力影响区塑性变形较大，TiAl合金侧热力影响区变形较小；TiAl合金与GH3039高温合金摩擦焊接连接界面两侧的合金元素发生了扩散，形成了复杂的层状金属间化合物组织结构；断于TiAl合金母材的焊接接头断口属于典型的脆性断口.     

TC4线性摩擦焊接头微观特征

对TC4线性摩擦焊接过程中的接头微观结构形态特征进行了分析,研究了接头微观特征参数随时间的变化趋势.结果表明,焊接过程为接头界面融合过程,界面呈现完全焊合区、过渡区及完全未焊合区3个区域.完全焊合区内界面完全融合、晶粒细小,为动态再结晶组织.过渡区内界面部分融合,有微孔出现.完全未焊合区内两侧金属未接触,夹杂着金属碎渣,晶粒无变形.振动方向飞边与垂直振动方向飞边分离是导致接头出现三叉形貌特征的原因.摩擦压力及顶锻力有使三叉形貌枝叉"闭合"的趋势,而摩擦剪切力有使三叉形貌枝叉"张开"的趋势.     

Cu-Cr-Zr合金连续驱动摩擦焊接头热力演变

采用热电偶—蓝牙技术测量了Cu-Cr-Zr合金连续驱动摩擦焊接头特征点的温度,并研究接头温度与组织演变的关系. 结果表明,各特征点温度均存在一定程度的滞后现象;沿工件径向, 2/3R区温度最高;沿工件轴向,摩擦界面处温度最高;旋转工件的温度略低于移动工件. 在热力耦合作用下,接头焊合区形成细小的等轴晶粒,热力影响区晶粒被不同程度拉长,呈塑性流线.从轴心到外径动态再结晶区的宽度增加,晶粒粗化,而与其相邻的热力影响区径向塑性流动的趋势减小. 此外,与旋转端相比,移动端接头具有较高的峰值温度和再结晶峰值宽度,所对应的焊合区晶粒也较为粗大.     

DD6/FGH96线性摩擦焊接头组织及性能

文中针对航空发动机涡轮盘的典型材料DD6单晶和FGH96粉末合金材料,开展了异种材料线性摩擦焊工艺研究.研究了DD6/FGH96的可焊性,并对DD6/FGH96线性摩擦焊接头进行了组织观察和力学性能测试.结果表明,焊接后FGH96侧组织有明显变形区,而DD6侧组织变形不明显.两种材料焊缝区的γ'相均发生了溶解,而且尺寸也发生变化.拉伸测试结果表明,断裂均发生在DD6单晶侧,接头抗拉强度可与DD6单晶母材相当.     

压力对FGH96/GH4169高温合金惯性摩擦焊接头性能的影响

在惯性摩擦焊机上对FGH96/GH4169高温合金进行了焊接,焊后利用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等设备分析了接头的微观组织形貌、显微硬度、拉伸性能及断口形貌. 结果表明,摩擦焊近界面处最高温度接近1 100 ℃,界面处温度超过强化相固溶温度. 焊缝区组织为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材,热力影响区发生了拉伸变形. 焊后接头热力影响区处的强化相部分重溶,接头界面细晶区的强化相完全重溶. 随压力增大,Co原子的扩散距离增加,接头室温抗拉强度和高温抗拉强度有所升高,断裂位置位于GH4169侧热力影响区,断裂形式为韧性断裂.     

FGH98合金惯性摩擦焊接头显微组织与力学性能

采用惯性摩擦焊连接FGH98合金,研究了热处理对FGH98合金惯性摩擦焊接头显微组织以及力学性能的影响。结果表明,原始态焊接接头焊合区主要由γ 和 γ′ 两相组成,γ′相在焊接过程中发生了回溶,残余γ′相尺寸和数量均明显降低,经过热处理后,焊合区晶粒尺寸、残余γ′ 相的尺寸和数量未发生明显变化;原始态焊接接头的焊合区的硬度值最高,在焊合区的中心区域存在硬度降低的现象,热处理态焊接接头显微硬度整体分布相比原始态硬度值未发生较大变化;焊接接头室温拉伸的断裂位置在母材区,屈服强度大于1 130 MPa,达到母材的93%以上;抗拉强度大于1 616 MPa,达到母材的99%以上;750 ℃拉伸的断裂位置在焊缝区,屈服强度大于1 025 MPa,达到母材的99%以上;抗拉强度大于1 197 MPa,达到母材同等水平。 创新点：(1)采用惯性摩擦焊焊接FGH98镍基粉末高温合金,研究了热处理前后的焊接接头微观组织形貌。 (2)结合微观组织分析,对力学性能进行了研究。     

高氧TC4/TC17钛合金线性摩擦焊接头组织特征及力学性能

对高氧TC4/TC17异质钛合金进行线性摩擦焊试验,研究了焊接接头各区域组织特征、焊接界面合金元素扩散行为及力学性能. 结果表明,焊接过程中焊缝区发生了相变及动态再结晶,形成细小的等轴晶粒. 高氧TC4侧焊缝区形成针状马氏体,TC17侧形成亚稳定β相;两侧热力影响区晶粒均发生了破碎,沿着振动方向拉长. 焊后冷却阶段在焊合线附近出现合金元素扩散现象,扩散区域狭窄. 焊缝中心处显微硬度值最高达到420 HV,高氧TC4侧显微硬度随着靠近母材而逐渐降低;TC17侧显微硬度随着远离焊缝中心迅速升高. 拉伸性能测试结果表明,接头抗拉强度与高氧TC4母材相当.     

转速对FGH96/GH4169高温合金惯性摩擦焊接头组织与力学性能的影响

应用惯性摩擦焊机完成了FGH96/GH4169高温合金焊接,采用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等设备观察并测试了焊接接头的微观组织形貌、显微硬度及拉伸性能。结果表明接头存在FGH96侧母材、热力影响区、焊缝区、GH4169侧热力影响区及母材五个区域,焊缝区组织为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材,热力影响区则发生了拉伸变形。接头近界面处最高温度达到1 100℃以上,超过γ'等强化相的固溶温度。焊后热力影响区处强化相部分重溶,在界面细晶区强化相几乎完全重溶。随着转速增大,焊缝区晶粒增大,典型原子的扩散距离增加,接头室温抗拉强度和高温抗拉强度值升高。     

GH4169高温合金惯性摩擦焊接头晶粒分布特征

GH4169镍基高温合金的显微硬度、组织和性能对热加工工艺很敏感,工艺控制不当,将会产生粗晶、混晶现象,影响持久缺口敏感性、冲击韧性等性能。试验发现在GH4169高温合金惯性摩擦焊管接头中,沿轴向焊合区附近具有超细晶一细晶的晶粒分布特征。根据GH4169合金动态再结晶的特点,结合惯性磨擦焊过程的特有热变形条件,本文对上述现象进行了分析,研究结果表明,GH4169合金惯性摩擦焊接过程中温度、应变、应变速率是造成焊接区细晶和超细晶组织的根本原因。GH4169合金惯性摩擦焊接头焊合区中热变形金属的动态再结晶过程进行的相当剧烈充分,其晶粒组织呈细小均匀的等轴晶特征,尽管存在着晶粒组织的不均匀性,但未发现粗晶和混晶现象。     

线性摩擦焊IN718接头微观组织与织构演变

不同工艺参数下对IN718高温合金进行了线性摩擦焊接试验，采用OM，SEM，EBSD等对接头微观组织与织构进行了表征.结果表明，在摩擦压力169 MPa、振幅3 mm、频率35 Hz、摩擦时间6 s参数组合下获得的接头质量相对较好，但在焊缝端部仍能发现氧化物和碳化物.焊缝区δ相完全溶解，残留少量NbN；而热力影响区δ相部分溶解，部分晶界发生液化并伴有Laves相的产生.焊缝区发生了充分动态再结晶，呈现为等轴细晶组织，并在剪切力的作用下出现了明显剪切织构C（100）[011]，而热力影响区发生部分动态再结晶，形成了（335）[186]织构.     

单晶高温合金的过渡液相扩散焊

为了探明单晶过渡液相(TLP)扩散焊接头组织与性能的关系,采用扫描电镜(SEM)研究接头微观组织,并进行力学性能测试. 结果表明,接头由连接区和基体区所组成. 当等温凝固过程未完成时,连接区由等温凝固区和快速凝固区组成,而等温凝固区主要由γ和γ'相组成,快速凝固区主要是由共晶组织组成. 当等温凝固完成而固态均匀化过程不充分时,连接区由等温凝固区和分布在接头中心的硼化物相组成. 采用低温等温凝固,高温固态均匀化的焊接工艺可以获得高性能的接头.     

Surface recrystallization of single crystal nickel-based superalloy

As-cast single crystal (SC) superalloy samples were shot peened and then annealed at different temperatures to investigate the effect of annealing temperature on the surface recrystallization behavior of the SC superalloy. The results show that the depth of recrystallized layers increases with the increase of annealing temperature. Below 1200 °C, the recrystallization depth climbs slowly with temperature rising. Above 1200 °C, the recrystallization depth increases sharply with the rise of temperature. The morphology of recrystallized grains is significantly affected by annealing temperature. Below the γ′ solvus, cellular recrystallization may be observed. Above the γ′ solvus, recrystallization occurs through the growth of well developed recrystallized grains. In addition, the microstructure evolution of recrystallized grains at the homogenization annealing temperature was studied. It is found that recrystallized grains first nucleate in the dendritic core areas on the shot-peened surface and then grow inwards along the dendritic core areas. With the dissolution of the coarse γ′ precipitates and γ′/γ′ eutectics in the interdendritic areas, the recrystallized grain boundaries move through the interdendritic areas. Finally, the fully developed grains nearly have a uniform depth. The dissolution of primary γ′ precipitates is a critical factor influencing the recrystallization behavior of SC superalloys.     

Microstructure－properties relationship of transient liquid phase diffusion bonded a third generation single crystal superalloy joint

Microstructure of transient liquid phase( TLP) diffusion bonded a third generation single crystal superalloy joint was investigated using scanning electron microscopy( SEM),and mechanical properties test of joint was carried out,for obtaining relationship between microstructure and mechanical properties of joint. The results showed that the joint contained bonding zone and base metal. The diffusion zone was obviously observed. When it was not finished for isothermal solidification process,the bonding zone would contain isothermal solidification zone and rapid solidification zone. Metallographic examination revealed that isothermal solidification zone was consisted of γ and γ' phase. Rapid solidification zone was consisted of two different structures,which were ternary eutectic of borides,γ and γ' phase developing at the edge of joint,binary eutectic of γ and γ' phase appearing in the portion of joint. When it was not enough for homogenization process under the condition of finishing isothermal solidification process,the bonding zone would contain isothermal solidification zone and borides at the interface. Under the conditions of relatively high welding temperature and long welding time,average tensile strength of joint was equivalent to that of parent material.     

FGH96合金的热塑性变形行为和工艺

通过高温热压缩实验,得到了不同温度和不同应变速率条件下热等静压FGH96合金的真应力-应变曲线,在此基础上,建立了FGH96合金热塑性变形过程中的热加工图.通过对材料微观组织、应力应变响应及热加工图的对比分析,确定了优化的热塑性锻造窗口,提出了FGH96合金细晶盘坯锻造工艺.根据优化的热塑性锻造窗口,利用等温锻造工艺锻造出无开裂的细晶粒盘坯.     

铝锂合金填充式摩擦点焊微观组织演化

利用光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射(EBSD)等手段对5A90铝锂合金填充式摩擦点焊接头各个区域的微观组织进行了分析.结果表明,焊核区发生完全动态再结晶,由细小的等轴晶组成,底部存在晶粒更加细小的细晶带,焊核区晶粒分布无明显织构.热力影响区发生了部分再结晶,由发生再结晶的等轴晶以及发生部分回复的变形晶粒组成,具有较多的变形组织特征;热力影响区与焊核区存在明显的分界面,分界面由尺寸明显小于周围晶粒的细晶组成,晶界较为密集.     

Hastelloy C276高温合金热加工微观组织演化元胞自动机模拟

采用Gleeble热模拟试验机对Ni-Cr-Mo系高温合金Hastelloy C276进行单道次和双道次热压缩试验,获得了不同热变形条件下的流变应力曲线和微观组织,在此基础上回归了该合金热变形物理冶金模型及参数,进而构建了微观组织拓扑演化的元胞自动机模型。结果表明:Hastelloy C276高温合金在高温热压缩过程中易发生动态再结晶,当动态再结晶不完全时,在热压缩保温或道次间歇内,再结晶晶粒将进一步快速生长而发生亚动态再结晶。Hastelloy C276高温合金再结晶行为对变形温度、变形速率、应变量等工艺参数敏感;构建的元胞自动机模型,集成计算了热压缩和道次间歇过程中的位错密度、再结晶形核及晶界迁移等,可有效表征多工艺参数下Hastelloy C276高温合金热压缩过程中的微观组织拓扑结构演化和应力-应变响应。     

IC10单晶过渡液相扩散焊接头微观组织与力学性能

采用扫描电镜（SEM）和能谱分析仪（EDS）研究IC10单晶高温合金过渡液相（TLP）扩散焊接头微观组织演变．结果表明,接头由连接区和基体区所组成,连接区由等温凝同区和快速凝固区组成．快速凝固区可以通过延长保温时间的方法予以消除．随着保温时间从2h增加到8h,基体内的γ＇相尺寸达到了0．9μm．通过限制TLP扩散焊接头内晶界的形成,以及焊后固溶处理的方法可以有效提高接头的力学性能．在温度1000℃下,接头平均抗拉强度为507MPa．在温度1000℃、应力144MPa下接头持久寿命可达到120h以上．     

Dynamic recrystallization of single-crystal nickel-based superalloy

The dynamic recrystallization behavior of single-crystal(SC) superalloy SRR99 at low strain rate was investigated by high-temperature creep testing. The results show that dynamic recrystallization may take place after the uncoated samples have been creep-tested in air at high temperature and low stress for a long time. Both the threshold temperature and strain for the dynamic recrystallization of SC superalloy SRR99 at low strain rate are lower than those for the static recrystallization. Dynamically recrystallized grains with the depth less than 15 μm are only located in the surface γ′-free layers, and the recrystallized grains are well-developed grains without columnar γ′ precipitates within them. The dynamic recrystallization behavior of SC superalloy SRR99 at low strain rate is mainly related to high-temperature oxidation. Suitable protective coating can effectively prevent the dynamic recrystallization of SC superalloy components in service. In addition, the dynamic recrystallization behavior of SC superalloy SRR99 at high strain rate was also studied by high-temperature compression testing. At high strain rate, a higher temperature and larger strain are needed for the occurrence of dynamic recrystallization than at low strain rate, and the recrystallized grains have cellular structures with an amount of columnar γ′ precipitates within them.